Numeryczne wyznaczanie stopnia zmieszania wody i kaolinu w mieszalniku statycznym

Jednym z elementów przemysłowego procesu oczyszczania wody lub ścieków jest flokulacja, jako proces tworzenia agregatów z cząstek fazy stałej, będącej wynikiem oddziaływania i wiązania powierzchni agregatów za pośrednictwem zaadsorbowanego na nich związku polimerowego. Powstałe ciężkie i porowate agregaty zwane flokułami zaczynają poddawać się siłom grawitacji i są łatwe w filtracji. Proces flokulacji jest inicjowany przez wprowadzenie cząstek stałych, np. kaolinu, które powinny być rozprowadzone równomiernie w fazie ciekłej. Przy zastosowaniu mieszalnika statycznego są one wprowadzane do rurociągu instalacji wodnej lub ściekowej bezpośrednio przed mieszalnikiem. Konstrukcja mieszalnika ma zapewnić pełne i równomierne zmieszanie cząstek stałych z cieczą. W niniejszej pracy pokazano numeryczne wyznaczenie stopnia zmieszania wody i kaolinu w mieszalniku statycznym za pomocą CFD oraz ocenę jego działania w kontekście skuteczności mieszania oraz zdatności w warunkach przemysłowych. Symulacja nieustalonego procesu mieszania pozwala zamodelować zachowanie się cząstek fazy stałej na całej długości mieszalnika i w efekcie daje możliwość określenia optymalnych wymiarów mieszalnika, takich jak m. in. jego długość oraz ilość przegród zaburzających. Mieszalnik ten może być wykorzystywany m. in. we wstępnych fazach oczyszczania ścieków albo w procesach produkcji zawiesin.

---

Flocculation is one of industrial processes, being part of the process of water treatment. It is the process of formation of aggregates of solid particles, which are results of the binding interactions between aggregates through the adsorbed polymeric compound thereon. The resulting heavy and porous aggregates called floccules, begin to succumb to the force of gravity and are easy to filter. Flocculation process is initiated by the introduction of particles such as kaolin, which should be evenly distributed in the liquid phase. In the static mixer solid particles are introduced into the water or sewage directly before the mixer. The aim of the mixer is to ensure uniform distribution of solids particles within the liquid phase. In the present paper, the CFD simulations of the degree of mixing of water and kaolin in a static mixer and evaluation of its performance in terms of mixing efficiency and in an industrial usefulness are presented. Numerical simulations of transient process of the mixing process allow to model behavior of the solid particles along the entire length of the mixer, and as a result make it possible to determine the optimal dimensions of the mixer, such as, among others, its length and the number of baffles. This mixer can be used, among others, in the initial stages of sewage treatment or in production processes of suspensions.